방법 논문

미세 패턴 매크로 스케일 3D 셀룰러 아키텍처 모듈 형 하이드로 겔 시트의 건설

DOI:

10.3791/53475

⸱

2016년 1월 11일

 ,  , 
1Department of Bio and Brain Engineering, Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)

이 논문에서

요약

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우리는 독립형 형태로 조립 및 조작할 수 있는 간단한 프로세스를 사용하여 미세 패턴화된 하이드로겔 시트의 제작을 설명합니다. 이러한 모듈식 하이드로겔 시트를 사용하면 제어된 세포 미세환경으로 간단한 매크로 스케일 3D 세포 배양 시스템을 생성할 수 있습니다.

초록

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하이드로 겔은 생체 -like 3 차원 조직 구조를 제공하는 미세 유동 또는 미세 가공 기술을 이용하여 미세 규모로 패터닝 될 수있다. 얻어진 하이드로 겔 3D 기반 셀룰러 구조는 진보 된 생물학적 연구, 약물 학적 분석 및 장기 이식 애플리케이션 동물 실험의 대안으로 도입되었다. 하이드로 겔 계 입자와 섬유가 쉽게 제조 될 수 있지만, 조직 재건으로 조작하는 것이 곤란하다. 이 동영상에서는 셀룰러 미세 제어와 매크로 스케일 3 차원 세포 배양 시스템을 형성하기 위해 그들의 조립체와 함께, 미세 패턴 알지네이트 하이드로 겔 시트의 제조 방법을 설명한다. 200 μm의, 정밀한 미세 패턴으로 - 칼슘 겔 화제의 안개 상을 사용하여, 하이드로 겔 얇은 시트 용이 100의 범위의 두께로 생성된다. 세포를 하이드로 겔 시트 형상의 안내 배양 할 수있다독립 구조로 서있는 상태. 또한, 하이드로 겔 시트가 용이 단부 컷 팁 마이크로 피펫을 사용하여 조작 될 수 있고, 패터닝 된 폴리 디메틸 실록산 (PDMS)을 사용하여 프레임을 적층하여 다층 구조로 조립 될 수있다. 손쉬운 프로세스를 사용하여 제조 할 수있다 이러한 모듈 형 하이드로 겔 시트, 마이크로 및 거시 및 조직 재건의 기능 연구를 포함하여 체외 약물 분석 및 생물학적 연구의 응용 가능성을 가지고있다.

서론

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하이드로 겔은 특히 생체 재료 유망하고, 기초 생물학, 약리학 적 분석 및 의학에 중요한 것으로 예상된다. 한 하이드로 겔 기반 셀룰러 구조의 Biofabrication 동물 실험의 사용을 줄이기 위해 제안되었다, 2,3- 4, 이식 가능한 조직을 대체 및 개량 세포 기반 분석법. 5,6- 수분을 함유 한 (하이드로) 점탄성 재료 (겔)은 다수의 셀이 캡슐화되어 3D 세포 미세 환경을 제어하기 골격 구조로 유지 될 수 있도록. 미세 유동 또는 미세 가공 기술의지도와 함께, 하이드로 겔 구조의 형상을 정확하게 셀룰러 스케일에서 제어 할 수있다. 날짜, 입자를 포함하는 하이드로 젤의 모양의 다양한, 7-9 섬유, 10-12과 시트, 13-15은 상향식 (bottom-up) 아프로에 건물 단위로 사용되어왔다매크로 규모의 다세포 구조의 제조에 아파.

하이드로 겔 기반 입자와 섬유 모두 미세 유체 장치를 사용하여 유체 컨트롤, 마이크로 스케일 셀룰러 환경과 같은 애플리케이션에 쉽고 빠르게 제작되었....

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프로토콜

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미세 패턴 금형 및 히드로 겔 1. 준비

  1. PDMS 몰드 주조 표준 두 단계의 포토 리소그래피 기술에 15,17 통해 실리콘 웨이퍼의 표면에 포토 레지스트 SU-8을 사용하여 목적하는 마이크로 규모의 패턴을 생성한다. 도시 된 예에서는 간 소엽 형 메시 패턴 (도 1)를 사용한다.
  2. 1의 비율로 PDMS와 경화제 용액을 체중 : 5 (즉, PDMS 12.5 g과 경화제 2.5 g).
  3. 철저 용액 15g을 혼합, 진공 챔버 내에서 기포를 탈기하고 고르게 포일 캐스팅 접시 내에 실리콘 웨이퍼의 표면에 미세 패턴이 혼합 용액을 확산.
  4. PDMS를 치료하는 평평한 표면에 90 분 동안 65 ℃로 가열 판에 실리콘 웨이퍼를 놓습니다.
  5. 주조 요리와 실리콘 웨이퍼로부터 경화 된 PDMS를 제거합니다.
  6. PDMS의 가장자리를 잘라 100 mm 직경의 페트리 접시에 배치미세 패턴면을 위로.
  7. 차 살균을 위해 70 % 에탄올 및 증류수를 사용하여 배양 접시에 마이크로 패턴 경화 된 PDMS를 씻으십시오. 그 후, 65 ° C의 오븐에서 10 분 동안 완전히 건조한다.
  8. 도포 액 (/ V W) 3 %를 생성 녹이고....

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결과

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우리는 제조 및 세포 하이드로 겔 시트를 자립의 조작을 설명했다. 도 1에 도시 된 바와 같이, 우리는 미세 패턴 PDMS 몰드를 제작하고, 세포 - 함유 하이드로 겔은 친수성이 금형의 표면 상에 로딩 된 가교 결합 된 겔 화제의 에어로졸 분무를 생성하도록 가습기를 사용. 금형에서 방출 후, 인 HepG2 세포는 다양한 패턴 (그림 2)와 하이드로 겔 시트 자립에서 배양 하였다. 따라서, 얇은 하이드로 겔 시트는 3 차원 배양 환경을 제공. 또한, 모듈 형 하이드로 겔 시트는 최종 절단 끝 마이크로 피펫을 사용하여 시트를 적층하고, 3D 매크로 스케일의 세포 배양 물 (도 3) 사용 PDMS 프레임을 이용하여 조립 될 수있다.

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토론

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이 프로토콜은 모듈 식 하이드로 겔 시트를 제조하고, 3 차원 세포 지지체를 형성하도록 조립하는 간단한 방법을 제공한다.

단시간에 분명한 패턴 알긴산 구조를 구축하기 위해서는 주형으로부터 복잡한 미세 패턴을 유지할뿐만 아니라, 세포 생존 및 대사를 유지하도록 충분한 강성 구조를 만들 수 가교 프로세스를 식별한다. 우리는 안개 형태의 가습기를 이용하여 가교 시약을 분무, 졸 - 겔 전이를 포함하여, 가교 공정을 개발 하였다. 영양소 및 대사 산물의 높은 투자율을 갖는 확산 - (200 내지 100㎛),이 가교 처리하지 않고, 미세 스케일 패턴을 한정 확산 깊이와 구성 얇은 하이드로 겔의 형태로 생성 할 수 없습니다. 60 분, 18 - - 20 가교 TI 또한, 30을 요구 기존 확산 기반 방법에 비해(- 5 분​​ 3) 나 상대적으로 짧았다.

게다가, 그것은 또한 단.......

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공개 사항

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저자는 공개할 것이 없습니다.

감사의 글

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본 연구는 미래창조과학부 연구지원으로 한국연구재단의 국가선도연구연구소 프로그램(NRF-2013R1A2A1A05006378)의 지원을 받았다. 저자는 또한 KAIST 시스템 헬스케어 프로그램을 인정합니다.

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
Sylgard 184 실리콘 엘라스토머 키트Dow Corning Corporation000000000001064291
Pluronic F-127Sigma-AldrichP2443분말 비이온 계면활성제 
알긴산 나트륨 염, 저점도Alfa AesarB25266
염화칼슘 이수화물Sigma-AldrichC7902
초음파 가습기MediHeimMH-2800수정 된 장비, 최대 분무 속도 : 250 ml / hr
나일론 그물 필터 친수성, 180 μ mEMD MilliporeNY8H04700
폴리카보네이트 금형PDMS 프레임 패턴 제작을 위한 맞춤형 금형

참고문헌

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  1. Hoffman, A. S. Hydrogels for biomedical applications. Adv. Drug Deliv. Rev. 64 (Supplement), 18-23 (2012).
  2. Lan, S., Starly, B. Alginate based 3D hydrogels as an in vitro co-culture model platform for the toxicity screening of new chemical entit....

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